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上一篇文章提到了閃存的基本儲存單元。這一篇文章我們談一下閃存的類別。根據閃存基本儲存單元的連接方式不同,我們把閃存產品分為四大類。分別為:NAND Flash 、NOR Flash、DINOR(Divided Bit-Line NOR)Flash和AND Flash。

為了方便描述,我們用一個符號來表示閃存的基本儲存單元。如下圖所示。

NAND Flash。

NAND Flash的最大特點是把基本儲存單元串聯連接起來使用。如下圖所示。

基本儲存單元Cell 1的源極連接到基本儲存單元Cell 2的漏極,基本儲存單元Cell 2的源極連接到基本儲存單元Cell 3的漏極,……依此類推,到最後,基本儲存單元Cell n-1的源極連接到基本儲存單元Cell n的漏極,基本儲存單元Cell n的源極連接到地。這樣,一連串的基本儲存單元組成一條數據線(Data Line)。為了管理方便,在該數據線的前端,即Cell 1的漏極,加入一個開關管SW1。當向SW1的G極施加有效電平時,這條數據線才被選中。每個基本儲存單元的G極,連接到各自對應的字線(Word Line)。

NAND Flash還可以細分為SLC、MLC、TLC三種。

SLC:Single Level Cell

早期的NAND Flash,只需要判斷懸浮閘內是否有電荷。假設有電荷為“1”,則無電荷就是“0”。一個基本儲存單元只儲存1bit數據。這種NAND Flash被稱為SLC。它的讀寫操作簡單快速。

MLC:Multiple Level Cell。

後來發展出一種新的NAND Flash,一個基本儲存單元內可以儲存2bit數據。其原理其實很簡單:假設懸浮閘內可以儲存40個電荷,如果裡面不足10個電荷,我們把它判定為“0”,如果裡面有10-20個電荷,我們把它判定為“1”,如果裡面有20-30個電荷,我們把它判定為“3”,如果裡面有30-40個電荷,我們把它判定為“4”。當然,實際上不可能去數電荷,而是用四個參考電壓值去比較,接近哪個等級就判定為哪個值。由於讀寫過程都要進行電平比較,所以MLC的讀寫比SLC慢很多。

TLC:Triple Level Cell。

TLC則是在一個基本儲存單元內儲存4bit數據。原理和MLC一樣,只是多劃分了幾個等級。由於讀寫過程中要比較的參考值比較多,所以,TLC的讀寫速度比MLC更慢。

綜上所述,SLC的閃存讀寫速度比較快,其次是MLC,最慢是TLC。但相同大小的集成芯片,MLC可以獲得SLC兩位的容量,TLC可以獲得SLC四倍的容量。因此,SLC的閃存價格非常高,一般只會用來製造容量比較小的存儲器。如果有人告訴你某個SSD的容量很大,價格卻很低,那一定不會是SLC的閃存了。大容量的SSD,最好的也就是用MLC的閃存了。下面這款是我精心挑選的質量不錯的固態盤,正好做活動還有優惠。

NOR Flash

NOR Flash的基本儲存單元是並聯連接。各基本儲存單元的G極連接到字線(Word Line),源極連接到源線(Source Line),漏極連接到數據線(Data Line)。如下圖所示。

NAND Flash和NOR Flash的異同點:

NOR Flash寫入時採用通道熱電子(Channel Hot Electron)方式。在G極和漏極之間施加較高的電壓,以提高通過N溝道的電子的能量,讓這些電子可以突破絕緣層進入懸浮閘。因此,這種閃存的能耗較大,不適於低壓操作。

NAND Flash寫入時採用隧道(Tunel)方式。利用氧化膜的隧道現象來寫入資料。因此能耗較小。

NOR Flash的讀出速度非常快。讀出時間只需要100ns。適用於隨機存取。

NAND Flash是串聯連接,所以它只適合順序存取(Sequential Access)。如果要隨機儲存(Random Access),則速度非常的慢。

NOR Flash的基本儲存單元體積較大,很難高密度集成。

而NAND Flash基本儲存單元體積較小,適於高密度集成。也因此,市面上容量較大的閃存,基本上是NAND Flash。

下面這款品質非常不錯的2TB固態盤,雖然用的是TLC NAND Flash芯片,但有大公司先進技術加持,讀寫速度也是非常不錯了。

為了兼備NAND Flash的高密度集成和NOR Flash的快速隨機存取,並避開它們的缺點,日本三菱和日立等公司又研發出了DINOR Flash和AND Flash。

DINOR Flash如下圖所示:

AND Flash如下圖所示:

更多信息請查閱相關文獻。

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